A cincea poziție a uracilului: Heidelberger, pirimidinele fluorurate și 5-fluorouracilul (1954-1962)
În acest articol
A cincea poziție a uracilului: Heidelberger, pirimidinele fluorurate și 5-fluorouracilul (1954-1962)
Ieri am descris programul în care mii de substanțe au fost încercate pe tumori de șoarece cu bani publici (ziua 130) și am lăsat o întrebare: în loc să caute un medicament la întâmplare, a existat cineva care să se uite la ce are nevoie o tumoare și să construiască o substanță pe măsură? Articolul de față povestește unul dintre cele mai cunoscute răspunsuri la această întrebare, 5-fluorouracilul. Un medicament care imită o piatră de construcție a celulei am văzut și în ziua 127 (Elion și Hitchings); aici molecula imitată este uracilul. Spun de la început că sursele se despart în două locuri: cine a făcut observația și cine a făcut sinteza.
Un ficat de șobolan și o ipoteză
Mai întâi o distincție. Pirimidinele (uracil, timină, citozină) și purinele (adenină, guanină) sunt bazele acizilor nucleici; în ziua 129 am văzut cum adenina se împerechează cu timina și guanina cu citozina. Timina se găsește în ADN, uracilul în ARN, iar diferența dintre ele este exact aceasta: timina are o grupare metil în poziția 5, uracilul nu (în acord cu relatarea lui Kohn). Aceasta este „a cincea poziție” din titlul articolului. Ideea lui Heidelberger a fost să adauge un atom de fluor în poziția 5 a uracilului.
La începutul anilor 1950 cunoștința din manuale era aceasta: țesuturile de mamifere nu folosesc pirimidine gata formate, spre deosebire de purinele gata formate (rezumatul unei sinteze din 1961; secundar). Un studiu publicat în 1954 a arătat că aceasta nu era adevărat, cel puțin în tumorile hepatice de șobolan: tumorile preluau uracilul marcat radioactiv mai ușor decât ficatul normal. Sursele se despart în privința autorilor. O relatare secundară îi numește pe Abraham Cantarow și Karl Paschkis; în bibliografia altei sinteze apare „Rutman, Cantarow și Paschkis (1954)”, iar pagina nu explică ce descria acel studiu. Lucrarea originală nu am citit-o.
Charles Heidelberger (1920-1983) era în acel moment profesor de oncologie la Universitatea Wisconsin (din 1948; sursă secundară) și lucra la Laboratorul McArdle din Madison (Kohn). Atracția observației era aceasta (inferența mea): dacă o celulă tumorală are nevoie de mai mult uracil decât în mod normal, o moleculă care seamănă cu uracilul, dar îi strică rolul, ar putea intra în tumoare mai mult decât în țesutul normal. Raționamentul lui Heidelberger, după Kohn, a fost chimic: timina are o grupare metil în poziția 5; dacă se pune fluor în aceeași poziție a uracilului, fluorul ar putea interveni în producerea sau funcția timinei. Kohn scrie că acest lucru s-a dovedit corect, dar că mecanismul a fost mai complicat decât se aștepta. Cu alte cuvinte, ipoteza arăta o direcție; detaliul avea să fie limpezit de alte studii în ani (lectura mea; Kohn nu spune asta cu această frază).
O lucrare cu nouă autori
„Fluorinated pyrimidines, a new class of tumour-inhibitory compounds” a fost publicată în volumul 179 din Nature, paginile 663-666, în numărul din 30 martie 1957. Autorii sunt Heidelberger, Chaudhuri, Danneberg, Mooren, Griesbach, Duschinsky, Schnitzer, Pleven și Scheiner. Textul lucrării este în spatele unui zid de plată; nu l-am citit. După rezumatul lui Kohn, compusul a arătat activitate anticanceroasă la șoareci și șobolani. După o relatare secundară, Heidelberger descoperise că un compus cu fluor (acidul fluoroacetic) blochează o enzimă vitală și le-a cerut lui Robert Duschinsky și Robert Schnitzer de la Hoffmann-La Roche să sintetizeze compusul; cui i se atribuie sinteza diferă de la o sursă la alta. Aceeași relatare spune că brevetul a fost obținut în 1956. În titlu apare nu un medicament, ci o „clasă”: rezumatul unei sinteze din 1961 menționează că, după această observație, au fost sintetizate și evaluate multe substanțe antagoniste ale pirimidinelor, precum 5-fluorouracilul, 5-fluorodeoxiuridina și 6-azauridina.
Primele date la om au venit un an mai târziu: Curreri și colegii (1958) au condus primul studiu clinic la McArdle; la acea vreme aprobarea FDA nu era încă necesară. Unele tumori au regresat, dar numai la doze care provocau toxicitate severă (Kohn). Într-o evaluare din 1962 a lui Ansfield și colegilor, la aproximativ 21 la sută dintre pacienți s-a raportat micșorarea tumorii, iar remisiunile au durat în medie 9 luni (relatarea lui Kohn; lucrarea originală nu am citit-o). După surse secundare, compusul a intrat în uz medical în 1962. Această dată se sprijină nu pe un act de aprobare, ci pe relatarea unei sinteze secundare; procesul de aprobare nu l-am cercetat separat.
Antimetabolitul: o moleculă imitatoare
Un antimetabolit este o substanță care seamănă suficient cu o piatră de construcție folosită de celulă, dar îi strică rolul: dacă celula nu poate deosebi molecula falsă de cea adevărată, își deranjează propriul proces încercând s-o folosească (cunoștință generală; relatare simplificată). 5-fluorouracilul face parte din această clasă, ca și aminopterina (ziua 122) și 6-mercaptopurina (ziua 127). Ce este distinctiv în această poveste este că punctul de pornire a fost deopotrivă o observație (tumoarea preia mai mult uracil) și un raționament chimic (în timină metil, la uracil fluor). În 2014, o sinteză din Nature Reviews Clinical Oncology (Wilson și colab.) tratează pirimidinele fluorurate ca pe o clasă care vizează biosinteza timidilatului și care a „trecut testul timpului”; am citit doar rezumatul și bibliografia sintezei. Aceeași pagină spune că pirimidinele fluorurate (5-FU, capecitabină, S-1) rămân baza multor scheme de combinații. În bibliografie apare și o metaanaliză din 1992 despre folosirea medicamentului împreună cu leucovorin (Advanced Colorectal Cancer Meta-Analysis Project); conținutul ei nu l-am citit.
Diferența dintre această poveste și programul de screening din ziua 130 este subtilă. Într-un program de screening se găsește întâi substanța și abia apoi se întreabă despre mecanism; aici ordinea s-a inversat: întâi o diferență în celulă, apoi o moleculă potrivită acelei diferențe. Distincția nu este netă, pentru că și 5-FU a fost în cele din urmă susținut prin teste pe tumori de șoarece și de șobolan; ipoteza de proiectare a fost testată prin experiment pe animale, iar datele la om au venit abia după aceea.
Costul și limita: efect și toxicitate
Primul cost este doza. În primul studiu clinic, regresiile tumorale au fost văzute la doze care dădeau toxicitate severă. Să citim împreună efectul relativ și cel absolut: rata de micșorare de aproximativ 21 la sută din evaluarea din 1962 înseamnă că la aproximativ 79 la sută dintre pacienți nu s-a raportat micșorarea tumorii (inferență simplă), iar la cei care au răspuns remisiunea a durat în medie 9 luni. Aceasta cere atenție la cifra cu care se spune că un medicament „a funcționat”. În chimioterapie doza determină atât beneficiul, cât și răul; când doza care aduce beneficiu și doza care dă efecte adverse severe sunt apropiate, se vorbește de un interval terapeutic îngust, iar acesta este unul dintre motivele pentru care medicamentele sunt dozate cu grijă și astăzi (cunoștință generală, nu dintr-o sursă).
A doua limită este narațiunea „proiectării inteligente”. Observația din 1954 privea tumori hepatice de șobolan; primul efect din lucrarea din 1957 a fost arătat la șoareci și șobolani, iar aceasta nu poate fi generalizată la om. Kohn spune că mecanismul s-a dovedit mai complicat decât se aștepta: ipoteza a arătat direcția corectă, nu detaliul. Titlul unei lucrări a lui Heidelberger din 1981 („On the rational development of a new drug: the example of the fluorinated pyrimidines”) arată cum a încadrat el această poveste; lucrarea nu am citit-o.
Povestea aceasta este uneori numită „primul medicament anticanceros proiectat rațional”. Sursele pe care le am nu fac această afirmație de „primul”: Kohn spune „descoperire”, iar titlul lucrării lui Heidelberger din 1981 spune „dezvoltare rațională”. Eu nu spun „primul”; 6-mercaptopurina lui Elion și Hitchings (ziua 127) se dezvoltase cu câțiva ani înainte, cu o logică similară de imitație, iar ce se numără drept „primul” depinde de ce se înțelege prin proiectare.
În al treilea rând, nu am făcut nicio legătură între programul de screening din ziua 130 și această lucrare: nu am citit nimic despre ce sursă a finanțat munca lui Heidelberger.
Ce rămâne
- Ideea unui medicament construit dintr-o diferență metabolică, ca moleculă imitatoare bazată pe structură
- Faptul că pirimidinele fluorurate rămân și astăzi baza multor scheme de combinații
- Drumul în trei trepte de la observație la ipoteză și de la ipoteză la clinică
Ce a căzut sau a fost limitat
- Narațiunea „o observație, un medicament inteligent”; mecanismul a fost mai complicat decât se aștepta
- Așteptarea unui efect larg și sigur la primele doze
- Presupunerea că un rezultat la șoarece și șobolan poate fi transferat direct la om
Drumul 5-fluorouracilului, 1954-1962. Axa merge de la 1953 la 1963. Data de 30 martie 1957 se sprijină pe referința Nature; observația din 1954, primul studiu clinic din 1958 și evaluarea din 1962 se sprijină pe surse secundare; brevetul din 1956 are ca sursă doar o relatare secundară și de aceea este desenat în chihlimbar. Deoarece pentru evenimentele, în afară de 30 martie 1957, se cunoaște doar anul, ele sunt desenate la mijlocul anului.
În acest articol nu am căutat o legătură locală
Nu am găsit o sursă verificată despre un nume turc în această poveste sau despre o primă utilizare specifică Turciei și nu am inventat nicio legătură. În locurile în care am căutat (surse de istorie a medicamentelor, referința lucrării din Nature) nu a apărut niciun nume turc. O concluzie generală (nu dintr-o sursă): deoarece pirimidinele fluorurate apar astăzi în multe protocoale de tratament pentru cancere precum cel colorectal și cel gastric, lucrarea din 1957 descrisă aici are o corespondență, generații mai târziu, și în tratamentul pacienților din Turcia.
Din 1948 până astăzi
Ce s-a verificat, ce se contrazice
- Referința Nature: Nature 179:663-666, 30 martie 1957; nouă autori (de pe pagina lucrării; textul nu a fost citit).
- Observația din 1954, autorii: o relatare secundară îi numește pe Cantarow și Paschkis, bibliografia unei sinteze „Rutman, Cantarow și Paschkis (1954)”; rezumatul unei sinteze din 1961 spune doar „studiile din 1954 și 1957”. Lucrarea originală, revista și volumul ei nu le-am verificat.
- Atribuirea sintezei: o sursă secundară scrie că lui Duschinsky și Schnitzer li s-a cerut sinteza; alta le atribuie lui Heidelberger și Duschinsky demonstrarea inhibării tumorale; Kohn îl menționează pe Duschinsky doar ca autor al lucrării din 1957. Legătura cu Roche am luat-o dintr-o sursă secundară, nu de pe pagina lucrării.
- Brevetul din 1956 și „uzul medical în 1962”: dintr-o sursă secundară (transmis printr-o carte de referință). Nu am găsit o dată de aprobare FDA și nu am scris „aprobare FDA”.
- Primul studiu clinic: Curreri și colab. (1958), McArdle; afirmațiile „aprobarea FDA nu era necesară atunci” și „regresie la doze cu toxicitate severă” sunt de la Kohn. Revista lucrării originale nu am verificat-o.
- 21 la sută și 9 luni: relatarea lui Kohn despre Ansfield și colab. (1962); lucrarea originală nu am citit-o. „La 79 la sută nu s-a raportat micșorare” este inferența mea aritmetică și nu acoperă posibilele diferențe de măsurare.
- Viața lui Heidelberger: născut în 1920, profesor de oncologie în Wisconsin din 1948; dintr-o sursă secundară. Detaliile despre sfârșitul vieții nu le-am folosit.
- Mecanismul: Kohn spune „mai complicat decât se aștepta”; din sinteza lui Wilson și colab. s-au citit doar rezumatul și bibliografia. În acest articol nu se dau detalii moleculare ale mecanismului.
- Formularea „testul timpului”: aparține titlului sintezei; afirmația că este baza multor combinații este de pe aceeași pagină.
- Cartea lui Kohn: pagina nu dă un an de publicare; de aceea nu am scris niciun an în sursă.
- Legătura cu programul de screening: între programul CCNSC din ziua 130 și această lucrare nu am văzut nicio legătură în nicio sursă; nu am făcut niciuna.
- Wikipedia: folosită doar ca indiciu secundar pentru câteva date și atribuiri; nu a fost pusă în lista de surse. Jordan (2016) și Heidelberger (1981) doar la nivel de referință.
A putea măsura că un medicament funcționează
Până acum am judecat mai ales după micșorarea tumorii dacă un medicament a funcționat. Dar dacă ar exista o măsură care să arate că un medicament a eliminat cu adevărat o tumoare? Min Chiu Li și coriocarcinomul (1956): voi povesti după ce verific data primei lucrări, cu ce medicament a lucrat și ce a măsurat.
Nota autorului: Calea ușoară pentru acest articol era „un medicament născut dintr-o observație inteligentă”. Sursele mele se despart în privința autorilor observației, a cui este sinteza și a primelor rezultate la pacienți; iar mecanismul a fost mai complicat decât s-a crezut la început. Nu am redus acestea la o singură poveste curată. Lucrările pe care nu le-am putut citi le-am notat în caseta de verificare a faptelor.
Surse și lecturi suplimentare
- Heidelberger C, Chaudhuri NK, Danneberg P, Mooren D, Griesbach L, Duschinsky R, Schnitzer RJ, Pleven E, Scheiner J. Fluorinated pyrimidines, a new class of tumour-inhibitory compounds. Nature 1957;179:663-666 (doi:10.1038/179663a0; s-au citit doar referința și data publicării; textul este în spatele unui zid de plată).
- Kohn KW. Drugs Against Cancer: Stories of Discovery and the Quest for a Cure, capitolul „The 5-Fluorouracil Story” (discover.nci.nih.gov; citit; secundar; fără an de publicare pe pagină).
- Wilson PM, Danenberg PV, Johnston PG și colab. Standing the test of time: targeting thymidylate biosynthesis in cancer therapy. Nat Rev Clin Oncol 2014;11:282-298 (s-au citit doar rezumatul, punctele cheie și bibliografia).
- An Evaluation of 5-Fluorouracil in Malignant Disease. Ann Intern Med 1961;55(5):731-741 (doi:10.7326/0003-4819-55-5-731; s-au citit doar referința și începutul rezumatului; lista autorilor nu era pe pagină).
- Jordan VC. A retrospective: on clinical studies with 5-fluorouracil. Cancer Res 2016;76(4):767-768 (doi:10.1158/0008-5472.CAN-16-0150; s-a citit doar referința; textul nu a fost citit).
- Heidelberger C. On the rational development of a new drug: the example of the fluorinated pyrimidines. Cancer Treat Rep 1981;65(Suppl 3):3-9 (doar referința; din bibliografia lui Wilson și colab.; necitit).
- Michael Heidelberger Papers. „Letter from Charles Heidelberger to Michael and Charlotte Rosen Heidelberger”, circa 1958 (profiles.nlm.nih.gov; s-a citit doar nota de catalog; textul scrisorii nu a fost citit).
- Mukherjee S. The Emperor of All Maladies: A Biography of Cancer. New York: Scribner, 2010. (Neverificat separat pentru acest articol.)
Acest articol este ziua 131 a seriei „365 de zile de istorie a cancerului” și povestește dezvoltarea pirimidinelor fluorurate și a 5-fluorouracilului în anii 1950 ca eveniment istoric. Este conținut istoric-popular; nu este recomandare de diagnostic sau tratament. Pentru deciziile privind sănătatea dumneavoastră consultați medicul. Sursele au fost verificate; detaliile care se sprijină doar pe o sursă secundară sunt menționate în notele de verificare a faptelor.
Ți-a fost util acest articol?
Feedbackul tău ne ajută să îmbunătățim conținutul.
